双块式无碴轨道施工技术.docx
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双块式无碴轨道施工技术
双块式无碴轨道施工技术
国外高速铁路的无碴轨道系统主要有以日本框架板与德国MAXBoegl公司Boegl板为代表的板式无碴轨道，以及德国Rheda2000系统与Zublin系统为代表的双块式无碴轨道。
国内在部分隧道与桥梁上，也铺设了无碴轨道，称之为弹性整体道床。
在过去的几十年里，中国铁路工程界的专家、学者等研究人员就弹性整体道床轨道系统也作了相关的研究。
本文主要结合国内弹性整体道床的施工技术，并针对双块式无碴轨道的施工技术进行资料收集和吸收，同时有些方面提出了一些适合中国国情的施工技术。
本文是以资料收集整理和施工技术设想创新的思路对无碴轨道施工展开研究的，由于还没有成功的事例来检验，所以不一定正确，请阅读者注意，本文仅作参考。
1、无碴轨道系统介绍
1.1弹性整体道床系统
使用相独立的两个预制轨枕块是弹性整体道床系统的关键元件。
轨枕块外包橡胶鞋套，部分浇铸到轨枕混凝土中。
这保证了轨枕与混凝土承载层之间的有效接合，轨道扣件元件紧紧锚定在双块式轨枕内。
弹性整体道床施工方案采用组合式轨道排架施工弹性整体道床方案。
特点是机械设备简单可靠，可以实现机械化作业，一次浇筑道床混凝土成形。
现场循环倒用轨道排架可以达到将道床作业与铺轨分开进行的目的，能满足一次铺设无缝线路的设计要求。
这套系统在200km/h速度下的使用是成功的，尚无在200～300km/h的线路上使用的成功经验。
1.2RHEDA2000系统
使用钢筋桁梁连接改装的双块式轨枕构成RHEDA2000系统的关键元件。
钢筋桁梁的钢筋尺寸稳定，仅部分浇铸到轨枕混凝土中。
这保证了轨枕与混凝土承载层之间的有效接合，轨道扣件元件紧紧锚定在双块式轨枕内。
连体钢模集中预制的工厂生产程序可以保证轨道基座保持精确的几何形状与轨底坡度。
两块轨枕与钢筋桁梁之间的连接可确保轨矩准确。
混凝土轨道承载层，双块式轨枕与轨道承载层整体相连。
该层的厚度为240毫米，根据德国道路与轨道建设规定（ZTVBeton—StB）进行提供。
用于无碴轨道的混凝土板（B35）用钢筋进行整体加固，以防止出现裂缝。
混凝土配筋量为0．8至0．9％，从而将可能出现的裂缝宽度限制在≤0．5毫米。
该特性可防止连续钢筋受到腐蚀，并在混凝土层出现裂缝时，维持钢筋的铆定、连接功能。
对于安装于土质路基上的轨道，根据ZTVT—StB规定，在厚度为30厘米的水硬性混凝土支承层（HSL）上安装轨道承载层。
HsL是一种拌合水泥加以稳定的承载层，该支承层在适用性试验中显示的最低强度应为15N／mm。
该层每隔约5米处应有缺口，以控制裂缝的无规则形成。
根据ZTVT-StB规定中的惯例，HSL下应铺设防冻层。
防冻层位于土质路基之上。
这套系统十分成功的应用在法国和其它国家的高速铁路上，我国的武（汉）广（州）客运专线将准备引进该项技术。
1.3Zublin系统
Zublin系统与Rheda2000系统的基本轨道结构相同，最大的区别是在现场安装时测量控制原理不相同，工场预制的双块式轨枕的桁梁细部尺寸不同，道床板的钢筋网与轨枕的钢筋网不交叉。
这套系统也是成功的，但由于目前国际上只有一套施工设备，铺设数量有限。
中国在郑（州）西（安）客运专线上将准备引进该项技术。
2、不同形式的无碴轨道系统组成
2.1路基段轨道系统组成
路基段的无碴轨道形式见图，主要包括：
最底层是防止毛细孔作用的路基防冻层，其上为水硬性混凝土材料支承层，轨道铺设在支承层上并通过混凝土道床板与支承层连接。
轨道混凝土道床板
路基顶防冻层
沥青砼覆盖层
排水管
沥青砼覆盖层
沥青砼覆盖层
水硬性材料支承层
双块式预制轨枕
Vollsoh扣件系统
60kg/m钢轨
路基直线段
轨道混凝土道床板
路基顶防冻层
沥青砼覆盖层
排水管
沥青砼覆盖层
沥青砼覆盖层
水硬性材料支承层
双块式预制轨枕
Vollsoh扣件系统
60kg/m钢轨
路基曲线段
图 路基段的无碴轨道形式
2.2桥梁段轨道系统组成
桥梁（长桥）段的无碴轨道形式与路基段的不尽相同。
主要包括：
道床板底面的两端中部设方形凸台，凸台的周边粘贴15mm厚的橡胶缓冲垫，底面涂刷1.2mm厚的隔离膜。
轨道单元之间不进行纵向连接。
这里，混凝土底座是上部承载板的支承基础，其主要功能一方面修正在无碴轨道施工前下部基础（如墩台沉降、桥梁徐变上拱）的变形与施工偏差，另一方面实现曲线地段板式轨道的超高设置。
钢轨60kg/m
Vossloh扣件系统
双块式预制轨枕
混凝土道床板
桥梁防水层
桥梁保护层
桥梁底座混凝土
纵向钢筋
横向钢筋
剪力键
混凝土承载层
连接钢筋
混凝土道床板
防护墙
桥梁直线段
钢轨60kg/m
Vossloh扣件系统
双块式预制轨枕
混凝土道床板
桥梁防水层
桥梁保护层
桥梁底座混凝土
纵向钢筋
横向钢筋
剪力键
混凝土承载层
连接钢筋
混凝土道床板
防护墙
桥梁曲线段
图 桥梁（长桥）段的无碴轨道形式
图 桥梁（长桥）段的无碴轨道形式平面布置图
2.3隧道段轨道系统组成
隧道地段的无碴轨道形式较简单（见图），直接在隧道仰拱填充层铺筑轨道承载板。
双块式预制轨枕
Vollsoh扣件系统
60kg/m钢轨
混凝土承载层
隧道直线段
双块式预制轨枕
Vollsoh扣件系统
60kg/m钢轨
混凝土承载层
隧道曲线段
图 隧道地段的无碴轨道形式
3、工厂Rheda2000系统预制双块式轨枕生产工艺
3.1双块式轨枕预制的工艺流程
根据PFLEIDERER公司预制轨枕的制作工艺，绘制工艺流程图如下图。
拆模后倒模
清理、安装模具
安装道钉绝缘套
安装箍筋、钢筋桁架
安装止漏钢片
链轨传输、转向
混凝土震动浇筑
翻模、拆模
安装扣件、平车存放
钢筋桁架制作
棍轴
传
输
平车运输出车间
桁车运输
蒸汽养生
自然养生
出厂、存放
混凝土拌合、运输
吊轨运输
3.2双块式轨枕预制的工艺方法
①预埋件的安放：
先清理模型，安装模型；完成后人工安装预埋件，定位采取模具精确定位，定位完成后进行加固，由质检人员跟踪检查。
②钢筋加工与安装：
所有轨枕钢筋先在钢筋制作车间加工成型，谐振区的桁架钢筋成型后在绝缘池里进行局部环氧树脂浸涂。
绝缘合格并检查完毕后，由人工安装入模并安装止漏钢片。
桁架钢筋采用多点点焊机焊接成型。
③链轨传输并转向：
安装止漏钢片完成后利用链轨传输并转向进入混凝土灌注区。
④混凝土灌注：
混凝土配比应严格控制，水灰比为0.35，双块式轨枕灌注使用吊罐料斗灌注混凝土。
混凝土的震捣以灌注平台带有的底振式振动器震动，边灌注边振动，以求板体混凝土振捣均匀、密实，保证板体表面没有气泡、蜂窝和麻面。
钢筋加工时挤压成型机工作原理见下图:
双块式轨枕预制倒模生产状态及翻模状态见下图:
注：
双块式轨枕外形参考图，挡肩形状尺寸待定。
⑤混凝土养生：
预制轨枕灌注完毕后，蒸汽供热养生，拆模后安装扣件，移出厂房在存放区采用自然养生，以提高轨枕混凝土强度，加快生产进度。
预制场设置了一座锅炉房，蒸汽管道由钢管焊接而成，由锅炉房直接引到预制台位。
预制板蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。
静停期间保持罩内温度5℃以上，灌注完4h后开始升温，升温速度不超过10℃/h，恒温时轨枕混凝土温度不超过55℃，降温速度不大于15℃/h。
⑥翻模、拆模：
当混凝土达到设计强度的80%后，进行翻模；完成后，拆除连接器和模板，安装扣件、移出厂房并存放。
⑦存放：
由轨道车移到存枕区后，利用5t龙门吊进行“打包”，即采用“叠放式”的存板方法，既8块板为一组，中间用木条间隔，四角用橡胶护角保护，以防磕碰，并自然养生。
3.3双块式轨枕预制的质量工艺控制措施
（1）原材料控制措施
原材料进厂时均应有出厂合格证，试验报告单和试验室复验报告单。
水泥：
水泥采用525号的普通硅酸盐水泥（低碱），其技术要求应符合GB175的规定。
每个水泥仓只允许储存同厂家、同品种、同标号的水泥，严禁混仓。
水泥上料、变更仓号，由水泥罐值班人员通知生产部和试验室，防止在同一批混凝土枕中用不同品种水泥。
水泥如有受潮变质，结块或出厂日期超过三个月，应取样试验合格后方可使用。
骨料：
粗骨料必须符合JGJ53的规定；细骨料必须符合JGJ52的规定。
不合格的粗、细骨料严禁入库。
上料人员严防砂石混仓。
砂内控标准：
砂中粘土泥污含量（以冲洗法测定按重量百分数计）不大于1.5%。
云母含量不大于0.5%。
硫化物和硫酸盐含量按重量计，不大于0.5%。
砂中不得有粘土团块存在。
碎石内控标准：
碎石粒径为5—25mm，含泥量按重量计不大于0.5%，其颗粒级配要均匀，符合有关规定。
碎石石粉含量不大于1.0%。
碎石针片状颗粒不大于10%。
光面卵石含量不大于15%。
碎石必须用水冲洗干净、杂物要清理干净。
水：
混凝土拌合用水，应采用天然井水其性质应符合下表之规定。
酸碱度（PH值）
＞4
不溶物mg/L
＜2000
可溶物mg/L
＜2000
氯化物（以Cｌ计）mg/L
＜350
硫酸盐含量（以SO２计）mg/L
＜600
硫化物含量（以SO４计）mg/L
＜100
下列水严禁使用：
含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类等。
污水及海水。
酸碱度小于四的酸性水。
含硫酸盐量（按硫酸根计）超过水重1%的水。
减水剂：
必须经试验室检验合格后才能入仓，使用时制成溶液，用比重计控制浓度，浓度为15%。
箍筋：
用普通低碳热轧圆盘条，其技术标准应符合GB/T701的规定。
螺旋筋：
采用低碳冷拔钢丝，其技术标准应符合GB/T343的规定。
施工中，如发现不合格的原材料（包括水泥、砂、碎石、水、钢材、减水剂等），应立即停用，并及时报告处理。
（2）主要生产工艺控制措施
砂、石、水泥上料：
做好开工准备，检查联系讯号，机械设备是否正常，如有故障，应迅速排除。
根据上料仓存料情况，安排好砂、石上料程序，砂、石上料交替进行时，应有一段时间间隔，保证砂、石不相混杂。
控制好皮带机上砂、石料厚度均匀，避免砂、石从皮带上流到斜道楼板上。
应防止木块、砖头、废纸、铁块、钢筋等杂物混入料仓，操作人员在上料前到砂、石料场察看砂、石质量，当发现砂、石料质量有问题，或含水量过大，应立即报告分厂领导和技术人员处理。
含水量超过10%的砂、碎石禁止使用。
若生产中正在下雨，应暂停从露天料场上料。
要掌握每天所用的水泥品种、标号、厂名，当使用的水泥有变化时，应及时通知混凝土搅拌配料有关人员。
混凝土配料和搅拌：
上班后应检查机械设备运转是否正常，如有故障应迅速排除，做好开工准备。
根据试验室设计的配合比和砂石含水量（试天气变化、料源变化随时测定）通知单，检查减水剂比重，调整砂、碎石、水泥、减水剂、水等的配料计量值，经检查确认无误后再开始配料。
配料的计量误差值为：
砂、碎石±2%；水泥、水、减水剂±1%。
各种计量器具，每月校正一次，如发现异常情况，应及时检查处理，保证正常工作状态。
校验、检修均应作好记录。
关闭好搅拌机卸料门，启动搅拌机达到正常运转之后，才能向搅拌机投料。
投料顺序（非冬季施工）：
先加砂、水泥和二分之一水搅拌，然后再加碎石、减水剂和二分之一水搅拌。
混凝土净搅拌时间宜为75—120S，混凝土稠度采用跳桌增实仪测定，按TB/T2181混凝土拌合物稠度试验方法跳桌增实法标准，其稠度等级为K0（干硬性混凝土）的增实因数（JC）为1.400—1.305或增实后高度（JH）为240—220mm。
搅拌机不准带负荷起动，搅拌过程中如发生停电事故，应立即打开卸料门，把搅拌机内混凝土及时扒出，以免起动时困难，烧坏电机。
人员进入搅拌机内工作（清理混凝土碴或检修时），应先将搅拌机电源切断，并有专人看守，保证安全。
当发现配料计量不准，应立即报告检修计量设备。
下班后应清洗搅拌机，打扫场地卫生。
4、整体道床现场安装施工工艺
4.1弹性整体道床施工工艺流程与施工布置
（1）工艺框图
整体道床施工工艺流程框图
（2）现场施工布置图
整体道床施工操作的工序多，相互干扰大。
各工序间应保持适当距离，采用流水作业方式，确保各工序质量良好，并有机衔接与配合。
整体道床施工现场平面布置图
基底清理：
钢筋网≥50m，吊装轨道排架：
≥50m，锁定调试：
≥50m，灌注混凝土：
≥50m。
基底处理工作应在施工准备阶段完成，应超前混凝土灌注地段200m。
4.2道床支承块加工与检验方法
道床支承块由厂家在工地按工厂化标准预制，材料规格要求是：
水泥、粗细骨料、水、外加剂要求按TB/T2190执行。
其中粗骨料要求采用碎石最大粒径为25mm。
受力钢筋采用d10mm变形Ⅱ级钢筋技术标准应符合GB701规定。
预埋铁座应符合专线3374—4的相应技术条件的规定。
逐个检查关键尺寸及外观，不符合要求者不能用于预埋。
混凝土配合比由工厂试验确定，混凝土水泥用量≯450kg/m3，混凝土稠度应符合GBJ80和TB2181的规定。
混凝土采用强制式搅拌机拌和，搅拌时间符合规定要求，材料计量误差按GBJ204第4.31条规定执行。
支承块的成型作业应能确保混凝土需要的密实度，振动后支承块底部必须抹平，不平度≯1.5mm。
采用蒸汽养护，静停时间≮2h，升温速度≯20℃/h，蒸汽养护温度应低于60℃，并应有一定的停气降温时间，降温速度<20℃/h，出坑前的支承块表面温度与坑外环境温度差≯20℃，出坑后至少保湿养生3天。
质量要求是：
支承块承轨台表面要求光滑，不允许有长度大于15mm深度大于5mm的气孔、粘皮、麻面等缺陷。
承轨台以外的表面不允许有长度大于30mm深度大于10mm的干灰堆垒和夹杂物。
支承块不得有肉眼可见裂纹。
支承块周边棱角破损长度不允许大于25mm。
混凝土强度等级不应低于C50，脱模强度不低于C38。
支承块轨下截面抗裂强度检验值为65KN。
各部位尺寸偏差应符合表下表要求：
序号
检查项目
设计值
允许偏差
1
上、下长度
606mm
±1
2
上 宽
300mm
±1
3
下 宽
290mm
±1
4
预埋铁座与承轨台表面中线垂直度
90°
±1°
5
预埋铁座与承轨台表面垂直度
90°
±0.5°
6
预埋铁座间距
187mm
+1,-0.5
7
铁座预埋高度
35mm
±1.5
8
承轨台宽
169mm
±1
9
承轨台坡宽
1:
40
1:
45—1:
35
10
支承块帽下高度
142mm
±1
检验方法：
支承块外观质量及各部尺寸用精度不小于0.5mm的量具测量。
混凝土强度等级的评定按TB10425的规定执行。
支承块截面抗裂强度检验参照TB1879试验方法，其中支距采用500mm。
4.3橡胶套靴及橡胶垫板的安装方法
表面光滑平整，修边整齐，外观质量符合下表规定：
缺陷名称
要 求
缺角
掉角的三个边长之和不大于6mm
缺胶
因杂质、气泡、水纹、闷气造成的缺胶面积不大于9mm，
深度不大于1mm，每件不超过两处。
海棉
工作面上不允许有多于两处的海棉状物
毛边
不大于3mm
各部位尺寸偏差见下表：
各部位尺寸偏差表
序号
项 目
设计值
允许偏差
1
块下胶垫长度
594
±1.5
2
块下胶垫宽度
284
±1.5
3
块下胶垫厚度
12
±0.5
4
套靴上口长
595
±1.5
5
套靴下口长
600
+1，-1.5
6
套靴上口宽
297
±1.5
7
套靴下口宽
290
+1，-1.5
8
套靴底厚
7
±0.5
9
套靴深度
152
+0,-1.5
静刚度见下表。
试样
静刚度值（KN/mm）
试样尺寸
胶垫
70—105
橡胶垫板
套靴
120—150
140×185（从套靴小侧面取样）
成品应放在清洁、通风、不被日光照射、远离热源及化学试剂处贮存。
成品贮存期不超过1年。
运输过程中严禁与油类、有机溶剂等有害于橡胶的化学物品接触，并应防止日晒。
安装方法:
橡胶套靴、支承块及橡胶垫板必须按相应条件验收合格后方可安装使用。
块下橡胶垫板和橡胶套靴在支承块制造车间内进行组装，装配误差超限者不得使用。
橡胶套靴、橡胶垫板和支承块应按设计图要求组装成弹性支承块，橡胶套靴与支承块接口处用胶带密封。
组装好的弹性支承块用包装带在承轨台两侧各绑扎一道，绑扎要牢固，确保整体道床施工时支承块、块下橡胶垫板、橡胶套靴三者之间无缝隙。
弹性支承块的管理：
现场堆码弹性支承块的场地基底平实，厂内设排水设施，底层用垫木架空，严禁水浸泡支承块。
运输堆码时应码放整齐，各层间铺设垫木，垫木顶面应高出预埋铁座15mm。
上下层垫木同位。
弹性支承块在运输过程中应避免磕碰，搬运时应轻拿轻放。
4.4基底处理与施工排水方法
基底应按隐蔽工程处理每段基底处理完毕，经专职检查人员验收后再进行道床混凝土施工。
基底处理时逐段做好记录，以便接收单位验收和抽检。
结合隧道主体工程的进行，做好施工排水，使工作面无流动水和积水。
将道床基底的风化层、松动岩块、软土杂物彻底清除，不欠挖，按设计要求进行铺底。
使整体道床道床基础坚实可靠。
4.5标桩测设方法
道床施工前应增设线路控制桩，和线路标桩。
增设控制桩间距直线为50—100m,与原中线控制桩偏移不大于2mm，距离偏差不大于1/5000。
标桩宜设在线路中线上，其间距直线上为6.25m。
标桩间距偏差应在中线控制桩内调整。
水准点间距为100m，高程允许偏差为±2mm。
标桩采用与道床同级混凝土埋设牢固，安放特制可调试桩帽，调好位置和高程。
4.6弹性支承块组装和轨排调整方法
在悬挂弹性支承块之前应用木锤或橡皮锤逐个对支承块与橡胶套靴的状态进行复验（检查底部缝隙、确认没有过大缝隙），检验合格后方可进入挂架弹性支承块施工程序。
采用组合式轨道排架架设弹性支承块，组合式轨道排架设备的公差应符合下列要求：
轨距偏差为+2mm、-1mm，变化率<1%；轨底坡按1/40设置；同一断面两支承块连线垂直于线路中线，前后两块支承块间距允许偏差为±10mm。
支承块顶面设有厂标，轨底坡应指向线路中线，切忌挂反支承块。
组合式轨道排架调整至如下要求后牢固锁定：
水平：
以一股钢轨为准，按设计高程偏差在±5mm之内，两股相对水平差±2mm，在6.25m距离之内，不得有大于2mm的三角坑。
方向：
以一股钢轨为准距线路中线偏差在±2mm之内，直线用10m弦量，最大正矢≯2mm。
高低：
轨面目视平顺，用10m弦量最大失度≯2mm。
4.7道床混凝土浇筑方法
严格控制混凝土用水泥、砂石、水等原料应符合GB50204《混凝土结构工程施工及验收规范的有关内容。
石子的最大粒径≯40mm。
混凝土拌和采用强制式搅拌机，水泥、砂、石、水及掺和料采用自动计量，灌注过程中严格控制坍落度，每班测定次数不少于2次。
混凝土运送与施工进度相适应，并保证拌和物在运送过程中不产生离析。
灰浆损失等。
道床混凝土浇筑前，将铺底表面清洗干净。
道床混凝土灌注前对支撑块表面加以遮盖，对支承块的表面和橡胶套靴联结缝采用封闭措施，以防道床混凝土污染弹性支承块承轨台或进入套靴内。
混凝土运到灌注地段，需经搅拌均匀后在进行灌筑。
道床混凝土采用插入式振动器振捣。
加强弹性支承块底部周围混凝土的捣固，捣固时应避免振动棒接触橡胶套靴和组合式轨道排架。
插点布置均匀，采用平板振动器充分振动道床表面。
道床混凝土按设计里程设置伸缩缝。
伸缩缝采用20mm厚沥青板形成，伸缩缝设于两支承块中间，偏差≯40mm。
道床混凝土施工缝的接缝面应与道床垂直，施工缝设在伸缩缝处。
如不得已必须在中间停止，应严格按照铁路混凝土施工技术规范的规定办理。
在浇筑道床混凝土过程中，应时刻注意组合式轨道排架轨面系状态的变化，发现有超标情况立即校正。
混凝土灌注后，将道床表面一次抹面整平，平整度允许偏差为+10mm。
道床顶面和支承块承轨台面高差应符合设计要求。
抹面形成设计的排水坡。
混凝土灌注后，应避免与流动水相接触，也应避免隧道泥砂直接冲刷新灌筑的混凝土。
加强混凝土养生，养生期不少于7d。
道床混凝土灌筑时，应留取检查试件，同一配合比每灌100m也应另取试件一组。
试件与道床同样条件28d作强度试验，强度应符合要求。
道床混凝土强度达到5MPa时，可拆除轨道排架。
在道床混凝土未达设计强度70%之前，严禁各种车辆在道床上通行或碰撞支承块。
输送泵位于距组装平台后部大于两辆输送车的地方，便于输送车依次卸料。
输送泵整备完好，并有处理各类故障的应急措施。
输送管道穿过组装平台下部，布置在排架中心位置，浇筑时应做到混凝土布料充实均匀，不污染排架和支承支撑块，随浇筑数量逐根拆短管道长度。
在浇筑过程中，应时刻注意排架轨面系的变化，发现有超标情况立即校正。
当浇筑结束后应及时检修保养输送泵和清洗管道。
混凝土由轮式搅拌运输车从洞外运至工作面，运输过程中应保证混凝土的质量，卸车时应做到卸料准确、均匀，避免遗撒。
插入式振动器用于道床下部及支承块四周的捣固，作业时使用四台振捣器间隔2m，分前后两步捣固。
前两台主要捣固下部钢筋网和支承块的底部，后两台主要捣固支承块四周和底部加强。
捣固时，应避免振动棒直接接触排架的支承块。
平板振动器用于道床表面的充分振捣，遇混凝土多余或不足应及时处理。
道床表面平整应一步到位，按设计断面要求修平抹光并及时养生。
4.8组合式
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